还在为夜晚昏暗的图像或是红外下黑白的图像而愁眉不展吗?还在为摄像机对着门窗看不清前景而烦恼吗?还在为日出日落时场景都变成剪影而无奈吗?低照度的出现，点亮了黑夜;宽动态的出现，战胜了逆光，不断扩大监控摄像机的使用场景和应用领域，真正实现网络摄像机“看得见”、“看得清”。

　　■ 文/ 程玮

　　监控摄像机清晰度的每一次提升，都伴随着技术的一次革新。安防厂商们不断在图像捕捉和成像效果上投入研发，将宽动态和低照度两大功能纳入基本指标，用来解决监控摄像机在不断变化的环境中遇到的问题。那么，低照度和宽动态究竟是怎样的功能?又是如何实现的?已经应用于哪些领域?今天我们一起来探讨这些问题。

　　低照度：星光级摄像机的必备“武器”

　　低照度功能的出现，解决了夜视监控的一大难题，低照度监控摄像机不需要红外灯辅助监控，它通过滤光片进行"补光"，将那些不需要的红外线滤去同时保留那些可利用的红外光，在夜晚形成清晰的图像效果。其中，照度指单位面积上接收到的可见光的光通量，通常以Lux为单位。根据摄像机的不同照度值，可以对它们进行分类。以摄像机正常工作照度范围划分：普通型最低照度值在0.1~1 Lux，月光型在0.01 Lux左右，而星光型就需要达到0.001 Lux以下了。在同样的光照条件下，与普通照度的摄像机相比，星光级超低照度摄像机可以呈现更加明亮的图像。

　　在监控行业，通常用“最低照度”值来表示摄像机的感光度或灵敏度，简单来说，这个值可以用来标称摄像机在多黑的条件下还可以看到可用的图像。在全黑的房间里，用摄像机对着被测物，然后将灯光慢慢调暗，直到显示器上即将看不清被测物为止，此时照度计上显示的照度值，就是该摄像机的最低照度值。如果不从效果上，而是从参数上对摄像机的最低照度值进行考察，还需要看这个指标是在什么样的条件下测得的。以枪型摄像机为例，枪机最低照度值的完整表述方式通常是：彩色0.01Lux@(F1.2，50IRE，AGC ON)，黑白0.001Lux@(F1.2，50IRE，AGC ON)。首先，有彩色和黑白两种模式下的照度值，黑白模式下摄像机灵敏度会更高，因此最低照度通常要比彩色模式下低一个数量级;其次，还需注意摄像机所使用的镜头的F值、视频信号测量点评值、AGC的状态，只有当这些条件相同时，比较两个摄像机的低照度的值才有意义;最后，还有一点需要注意的是，红外的摄像机当红外灯开启时，通常认为它的照度值是0LUX。

　　要想提升摄像机夜间监控图像的亮度，除了外加红外灯或白光灯补光之外，还可以通过调节摄像机自身的一些硬件或参数设置来进行提升，如：采用灵敏度高的图像传感器及镜头、提高帧累积、增益，增加曝光时间等。像素越高的摄像机其低照度效果越差，但随着未来的技术发展，图像传感器工艺的进步，一定会出现既高清，低照度效果也好的图像传感器。其实目前市场上500万像素以上的摄像机低照度效果相比较3年前已经有了相当大的提升。另外，像素越高，图像传感器等部件的价格越贵，考虑到CCD比CMOS成本上要贵很多，且两者之间夜间成像效果已经相差无几，甚至结合一些优秀图像处理算法，CMOS的效果还要好于CCD，因此未来的超高清超低照度摄像机市场肯定还是要以CMOS为主。

　　由于低照度摄像机适用于夜间光照较差环境，但还是需要有一些微弱光线，如果完全无光，则需进行补光。目前，低照度摄像机广泛应用于平安城市、平安乡镇、交通、金融、高档楼宇、住宅小区、校园、港口、高速公路、街道等对摄像机性能要求比较高但又不宜外加补光设备的环境下。

　　宽动态：逆光环境应用下的勇士

　　当在强光源(日光、灯具或反光等)照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的“动态范围”。

　　就目前的宽动态技术，模拟和高清宽动态在实现原理上都是相通的，主要还是在两者的清晰度、硬件平台性能及宽动态算法上的区别。宽动态已经成为监控摄像机越来越重要的一项功能，适用范围除了传统的逆光出入口、窗口等，在平安城市等道路夜晚看车牌的场景下用来抑制车灯也成为近年来的一种趋势。所以宽动态成摄像机标配也是一种必然趋势。

　　目前市面上主要有三种类型宽动态产品，数字宽动态、120dB宽动态和140dB宽动态。数字宽动态主要是通过算法来实现的，无需硬件支持，但效果上一般没有硬件宽动态好;120dB和140dB宽动态都属于硬件宽动态，所谓硬件宽动态，就是图像传感器本身支持二次曝光，针对暗处的一次长曝光和针对亮处的一次短曝光，最后，再通过算法将两次曝光后的图像进行合成后，就可以得到前景明亮、后景清晰的图像了;而140dB宽动态摄像机相对于120dB宽动态摄像机来说，硬件和算法上都有了很大的提升，首先是图像传感器不仅可以支持二次曝光，甚至还可以支持三次曝光，在长帧和短帧之间有了一帧过渡帧的话，可以使图像细节更丰富，画面也会更加自然。同时，也可以使动态范围更广泛，画面暗处更明亮，亮处更清晰。但是，这样的三次曝光对摄像机本身硬件性能的要求较高，因此，只有在新一代高性能平台的摄像机上才能实现。

　　几乎所有的监控摄像机都具备了宽动态功能，这似乎已经成为不成文的规定。增加宽动态有助于在极端照明环境下解决丢失的图像细节，例如室内、室外光线变化大，导致部分主要图像丢失。但宽动态虽然功能强大，但仍有存在两大局限性：第一，算法宽动态实现简单，但效果欠缺。第二，硬件宽动态由于需要进行多次曝光，在照射移动目标时，曝光时间过长的话会造成拖影，或者物体边缘紫边、画面饱和度变化等问题。众所周知，宽动态主要是用在逆光环境下，因此在大厅出入口、停车库出入口、银行柜台、窗口等典型的逆光环境下使用较多。而宽动态的另一项应用则是夜间抑制车灯，夜晚环境下如果需要看清车牌，需要摄像机具备低照度，而如果车灯抑制的不好，也会造成车牌无法看清的状况，因此，星光级超低照度摄像机配上良好的宽动态效果，已经逐渐成为道路监控夜晚看车牌的明星产品!

　　(本文作者现任杭州海康威视数字技术有限公司技术支持部产品经理)